Film Ekstrüzyon<em> Crambe abyssinica</em> / Buğday Gluten Karışımları
Summary
Crambe abyssinica bitkisel yağ üretiminde yan akım değeri sınırlıdır. Bu çalışmanın amacı, daha yüksek bir değere sahip ürünler üretilebilir gösteren bu yan akım göre malzeme ekstrüde etmek için yöntemler belirlemektir. ekstrüdatlar gelecek vaat eden özelliklere sahip olduğu bulunmuştur.
Abstract
Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 °C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.
Introduction
daha yüksek bir değere düşük bir değerden bir malzeme yükseltirken, iki ana konular dikkate alınması gerekir: Potansiyel nihai ürün (ler) ve istenen özelliklere türü. Bu çalışma, iki nedenden dolayı paket potansiyel olarak kullanılması için, protein-bazlı plastik ekstrüzyon yöneliktir. paketleri mevcut çeşitliliği geniş, ama yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen düşük maliyetli ambalaj malzemesi talebi son on yıl içinde hızla artmıştır. Bu eğilim en çok marka sahipleri ve yasa koyucular petrolden 1 plastik oluşturmak için seçenekler arıyor gibi devam gibi görünüyor. paketleme için gerekli malzeme özellikleri, diğer plastik ürünler için daha zorlu bir çok durumda, vardır. Başarılı bir malzeme elde edilir, ancak, potansiyel bir pazar çok büyüktür.
Ambalaj malzemesi uygun kriterler bir dizi yerine getirmek gerekiyor. Kesin kriterler sızdırmazlık sistemleri / doldurma, paketin türüne bağlı olarak değişir, transport, depolama, içerik, görünüm, ürün tasarımı, vb Tüm bu parametreler ambalaj geliştirici tarafından dikkate alınmalıdır, ancak yeni ve keşfedilmemiş malzeme gelişimini başlatırken tek seferde en yüksek öncelik olamaz. Bu çalışma için odak özellikleri, mekanik ve bariyer performansları vardı.
çekme ambalaj plastik yapmak için yaygın ve etkili bir yöntemdir ve genellikle çözelti dökümü gibi bir çözücü dahil değildir: Ekstrüzyon iki nedenden dolayı tercih edilen üretim metodudur. Bu nedenle, herhangi bir kurutma işlemine 2 sonunda gereklidir.
Buğday glüteni, aynı zamanda, bir nişasta ürünü 3'ten gelen bir yan akım bir malzemedir. Bu çalışmalar, bir dizi bir paketleme plastik gibi potansiyel göstermiştir. Buna rağmen, bazı zorluklar 4 kalır. Crambe abyssinica bir gıda kaynağı değildir ve bir çok farklı AG yetiştirilebilen ilginç bir yağlı tohum bitkisidirronomic koşullar 5,6. buğday glüteni gibi, Crambe proteini yağ üretiminden, bu durumda, bir yan ürünüdür. Bu en büyük bileşeni olarak protein, bir yağı alınmış Crambe yemek olarak elde edilir. Aynı zamanda bu tür karbonhidrat ve lif 7,8 olarak azot içermeyen özler, bir büyükçe miktarda içerir. Yemek nispeten zayıf kohesif özelliklere sahiptir ve daha yüksek kohezyon bir malzeme ile harmanlanabilir gerekmektedir. Bu çalışmada, buğday glüteni Crambe yemek destekleyici katkı maddesi olarak kullanılır. protein malzemesinin sertliği / uzayabilirlik artırmak için, bir plastikleştirici, yaygın olarak, bir katkı maddesi olarak kullanılır. Bu çalışmada, gliserol (örneğin, kolza tohumu metil esteri yakıtları), bitki petrol endüstrisinin bir yan ürünüdür ve düşük bir maliyetle 9'da hazır olan, kullanılmıştır. Yenilenebilir, sırayla bir denatüre edici olarak kullanılan üre, ekstrüzyon ürününün uygun bir uyum 2,10,11 elde edildi. Ayrıca, plastikleştirici bir madde olarak çalışabilirler.
yenilenebilir malzemelerÖzellikle saflaştırma, değiştirme ya da kimyasal sentez duymadan doğrudan kullanılabilir olanlar, yüksek sıcaklık işlemi için uygun değildir ve çoğu durumda, bu bölgede. meydan o petrolden ürünlerle rekabet sağlayacak özelliklere sahip bir ekstrüdatın neden uygun işleme parametreleri ve bileşimleri bulmaktır.
Bu çalışmada farklı katkı maddeleri ile işleme Crambe unundan üretilen yeni bir biyo bazlı malzemenin mekanik ve engel özelliklerinin tanımlanması ve farklı koşullar 12 odaklanmaktadır. Mekanik ve oksijen bariyer özellikleri tam detayları Rasel ve diğerleri bulunur. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
kalıp basıncı gibi yüksek öneme sahip olduğunu nedeni muhtemelen malzeme kabarcık oluşumunu önlemek için belli bir basınç gerekli olmasından kaynaklanmaktadır oldu. basınç çok yüksek olduğunu, ancak farklı bileşenler ayrı faz başladı. Çok düşük bir sıcaklıkta ekstrüzyon zaman çok yüksek bir sıcaklık (muhtemelen üre ve protein bozunma ürünlerinin birlikte nem) gazın serbest kalmasını ile sonuçlanırken, uyum, muhtemelen bir çapraz bağlanma, düşük derecede zayıftı.
Iki aşamalı bir çekme (yani, şeritler, kalıptan çekilmiş ilk topak haline edildi ve sonra yeniden ekstrüde olduğu) için birinci ekstrüzyon adımı sağlanan daha geniş karıştırma daha homojen bir ekstrüdat ile sonuçlanmıştır.
10 ağırlıkça% 15 ila üre konsantrasyonunu azaltarak kötü hamur uyum, muhtemelen daha düşük bir çapraz bağlanma yoğunluğuna bağlı idi. Buna benzer bir şekilde, daha düşük bir gliserol konsantrasyonu ve bu nedenle daha düşük bir becerisiDaha yüksek kalıp basıncı uygulanmıştır sürece üre çözünmesi için zayıf filmler ile sonuçlanmıştır.
buğday gluteni konsantrasyonu azalan, böylece Crambe yemek konsantrasyonunun arttırılması ve, toplama / ağ oluşumu daha düşük oranda sonuçlandı. Bu viskozite yükseltmek için 130 ° C, kalıp sıcaklığı artırmak ve homojen filmler oluşturmak için ihtiyacı elde ekstrüdatın malzemenin yapışkanlığı azaltılabilir.
Herhangi bir kullanım için yeterli kalitede filmler halinde yumuşatılmış Crambe a'ya, zor, imkansız olmasa da değildir. Bu buğday glüteni gibi hali hazırda daha ekstrüde protein Crambe karıştırma aşılabilir burada göstermektedir. En iyi kalite için, ekstrüdatlar sıkıştırma kalıplı ekstrüzyon sonra ayrı bir adım olmak gerekir.
Ekstrüzyon daha küçük bir ölçekte çalışır Burada gösterilen ve yükseltme daha zorlu olması muhtemeldir. Ekstrüzyon, enjeksiyonla kalıplama ile MOS olanplastik üretimi için önemli bir ticaret yöntemleri t. Mevcut geleneksel plastik değiştirmek için, protein malzemesi, aynı teknikler 14-16 üretilebilir gereklidir. Biz buğday glüteni yardımıyla Crambe yağlı tohum yemek ekstrüde mümkün olduğunu gösteriyoruz.
Olası uygulamalar ambalaj ve çeşitli ekstrüzyon profiller (örneğin, çubuklar ve silindir) uygulamaları içerir. Biz ekstrüzyon adım olarak numunelerin hazırlanması sırasında en kritik adımı düşünün. Filmlerin son kalite ekstrüzyon parametreleri ve ekstrüzyon öncesi malzeme özelliklerine bağlı güçlü bağlıydı.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Swedish governmental strategic research program Trees and Crops for the Future (TC4F), VINNOVA, and the EC FP7 project ICON. Hannah Rasel is gratefully acknowledged for performing most of the experiments in the previous paper (Reference 5).
Materials
| Crambe meal | Plant Research International | Defatted crambe meal, Residual from oil extraction of cultivar Galactica seeds | |
| Wheat gluten | Lantmännen Reppe AB | It contains 77 % (w/w) gluten, 8.1 % (w/w) starch and 1.34 % (w/w) fat. | |
| Glycerol | Karlshamn Tefac AB | 99.5 % purity | |
| Urea | Sigma Aldrich | purity ≥ 99.5 % | |
| The dough | (per 100 g) prepared with 35.7 g crambe meal, 23.8 g wheat gluten, 25.5 g glycerol and 15 g urea, hence with a liquid (glycerol/urea) to solid (crambe/wheat gluten) ratio of 0.342. | ||
| Round, fine meshed stainless steel kitchen sieve | Sieve the crambe meal | ||
| Rotary ball mill | Pascal Engineering | Milling crambe/The volume of the mill house is 7 l and it contained 215 ceramic balls, each with a diameter of 25 mm. | |
| Mortar and pestle | Grinding urea | ||
| Kitchen machine Cloer 660 | Cloer | Blending crambe and wheat gluten | |
| Twin-screw extruder Type LTE20-48 | Labtech Engineering LTD | Compounding and film extrusion | |
| Flat sheet die | Produce extruded flat films with a cross-section of 45 mm x 0,7 mm | ||
| Air Cooling Conveyor Unit type LAC-2.6 | Labtech Engineering LTD | Used in the extrusion | |
| Pelletizer Type LZ-120 | Labtech Engineering LTD | Making pellets | |
| Polystat 200T Hot Press | Servitec Machine GmbH | Hot press to press extrudates | |
References
- Aeschelmann, F., Carus, M. . Bio-based building blocks and polymers in the world. Capacities, production and applications: Status quo and trends towards 2020. , (2015).
- Türe, H., Gällstedt, M., Kuktaite, R., Johansson, E., Hedenqvist, M. S. Protein network structure and properties of wheat gluten extrudates using a novel solvent-free approach with urea as a combined denaturant and plasticizer. Soft Matter. 7, 9416-9423 (2011).
- Belyea, R. L., Steevens, B. J., Restrepo, R. J., Clubb, A. P. Variation in Composition of By-Product Feeds. J. Dairy. Sci. 72 (9), 2339-2345 (1989).
- Gómez-Estaca, J., Gavara, R., Catalá, R., Hernández-Muñoz, P. The potential of proteins for producing food packaging materials: A review. Packag. Technol. Sci. , (2016).
- Lazzeri, L., Leoni, O., Conte, L. S., Palmieri, S. Some technological characteristics and potential uses of Crambe abyssinica products. Ind. Crops and Prod. 3, 103-112 (1994).
- Lalas, S., Gortzi, O., Athanasiadis, V., Dourtoglou, E., Dourtoglou, V. Full Characterisation of Crambe abyssinica Hochst Seed Oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 89, 2253-2258 (2012).
- Carlson, K. D., Tookey, H. L. Crambe Meal as a Protein Source for Feeds. J. Am. Oil Chem.Soc. 60, 1979-1985 (1983).
- Massoura, E., Vereijken, J. M., Kolster, P., Derksen, J. T. Proteins from Crambe abyssinica oilseed. II. Biochemical and functional properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 75, 323-335 (1988).
- Quispea, C. A. G., Coronadoc, C. J. R., Carvalho, J. A. Glycerol: Production, consumption, prices, characterization and new trends in combustion. Renew. Sust. Energ. Rev. 27, 475-493 (2013).
- Kuktaite, R., Plivelic, T. S., Türe, H., Hedenqvist, M. S., Gällstedt, M., Marttila, S., Johansson, E. Changes in the hierarchical protein polymer structure: urea and temperature effects on wheat gluten films. RSC Advances. 2, 11908-11914 (2012).
- Bennion, B. J., Daggett, V. The molecular basis for the chemical denaturation of proteins by urea. Proc.Natl.Acad.Sci. 100, 5142-5147 (2003).
- Rasel, H., Johansson, T., Gällstedt, M., Newson, W., Johansson, E., Hedenqvist, M. S. Development of bioplastics based on agricultural side-stream products: Film extrusion of Crambe abyssinica/wheat gluten blends for packaging purposes. J. Appl. Polym. Sci. 133, 42442 (2016).
- Appelqvist, L. -. &. #. 1. 9. 7. ;. Further studies on a multisequential method for determination of oil content in oilseeds. J. Am. Oil Chem. Soc. 44, 209-214 (1967).
- Verbeek, C. J. R., van den Berg, L. E. Extrusion Processing and Properties of Protein-Based Thermoplastics. Macromol. Mater. Eng. 295, 10-21 (2010).
- Ralston, B. E., Osswald, T. A. Viscosity of Soy Protein Plastics Determined by Screw-Driven Capillary Rheometry. J Polym. Environ. 16, 169-176 (2008).
- Nur Hanani, Z. A., Beatty, E., Roos, Y. H., Morris, M. A., Kerry, J. P. Manufacture and characterization of gelatin films derived from beef, pork and fish sources using twin screw extrusion. J. Food Eng. 113, 606-614 (2012).
